Development and simulation of sulfur-doped graphene supported platinum with exemplary stability and activity towards oxygen reduction

Advanced Functional Materials

Volumn 24, Issue 27, 2014, Pages 4325-4336

  Higgins, Drew ^a   Hoque, Md Ariful ^a   Seo, Min Ho ^a   Wang, Rongyue ^a   Hassan, Fathy ^a   Choi, Ja Yeon ^a   Pritzker, Mark ^a   Yu, Aiping ^a   Zhang, Jiujun ^b   Chen, Zhongwei ^a  

^a UNIVERSITY OF WATERLOO   (Canada)

^b NATIONAL RESEARCH COUNCIL CANADA   (Canada)

Author keywords

catalyst; electrochemistry; fuel cell; graphene; oxygen reduction

Indexed keywords

CATALYSTS; ELECTROCHEMISTRY; ELECTROLYTIC REDUCTION; FUEL CELLS; GRAPHENE; PLATINUM ALLOYS; SULFUR;

ACCELERATED DEGRADATION TESTING; COMPUTATIONAL SIMULATION; ELECTROCHEMICAL ENERGY TECHNOLOGIES; ELECTROCHEMICAL STABILITIES; ELECTROCHEMICALLY ACTIVE SURFACE AREAS; OXYGEN REDUCTION; OXYGEN REDUCTION REACTION; PT NANOPARTICLES;

PLATINUM;

EID: 84904562579     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201400161     Document Type: Article

References (104)

1. F. Jaouen, E. Proietti, M. Lefevre, R. Chenitz, J.-P. Dodelet, G. Wu, H. T. Chung, C. M. Johnston, P. Zelenay, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 114.
2. Z. Chen, D. Higgins, A. Yu, L. Zhang, J. Zhang, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3167.
3. United States Deparment of Energy: Technical Plan-Fuel Cells, 2012. Available online at: http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/mypp/pdfs/ fuel-cells.pdf (accessed: November 2013).
4. R. Borup, J. Meyers, B. Pivovar, Y. S. Kim, R. Mukundan, N. Garland, D. Myers, M. Wilson, F. Garzon, D. Wood, Chem. Rev. 2007, 107, 3904.
5. D. C. Higgins, J.-Y. Choi, J. Wu, A. Lopez, Z. Chen, J. Mater. Chem. 2012, 22, 3727.
6. R. S. Hsu, D. Higgins, Z. Chen, Nanotechnology 2010, 21, 165705.
7. Y.-J. Wang, D. P. Wilkinson, J. Zhang, Chem. Rev. 2011, 111, 7625.
8. S.-Y. Huang, P. Ganesan, S. Park, B. N. Popov, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13898.
9. Y. Zhou, K. Neyerlin, T. S. Olson, S. Pylypenko, J. Bult, H. N. Dinh, T. Gennett, Z. Shao, R. O'Hayre, Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1437.
10. Y. Shao, J. Sui, G. Yin, Y. Gao, Appl. Catal., B 2008, 79, 89.
11. J. Zhou, X. Zhou, X. Sun, R. Li, M. Murphy, Z. Ding, X. Sun, T.-K. Sham, Chem. Phys. Lett. 2007, 437, 229.
12. C. T. Campbell, Nat. Chem. 2012, 4, 597.
13. S. Sharma, B. G. Pollet, J. Power Sources 2012, 208, 96.
14. S. Shrestha, Y. Liu, W. E. Mustain, Cat. Rev. 2011, 53, 256.
15. Y. Sun, Q. Wu, G. Shi, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1113.
16. M. K. Debe, Nature 2012, 486, 43.
17. E. Antolini, Appl. Catal., B 2012, 123-124, 52.
18. D. U. Lee, H. W. Park, D. Higgins, L. Nazar, Z. Chen, J. Electrochem. Soc. 2013, 160, F910.
19. D. Higgins, Z. Chen, D. U. Lee, Z. Chen, J. Mater. Chem. A 2013, 1, 2639.
20. D. Geng, Y. Chen, Y. Chen, Y. Li, R. Li, X. Sun, S. Ye, S. Knights, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 760.
21. D. Higgins, Z. Chen, Z. Chen, Electrochim. Acta 2011, 56, 1570.
22. D. C. Higgins, J. Wu, W. M. Li, Z. W. Chen, Electrochim. Acta 2012, 59, 8.
23. Z. Chen, D. Higgins, H. Tao, R. S. Hsu, Z. Chen, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 21008.
24. K. Gong, F. Du, Z. Xia, M. Durstock, L. Dai, Science 2009, 323, 760.
25. L. Qu, Y. Liu, J.-B. Baek, L. Dai, ACS Nano 2010, 4, 1321.
26. G. Wu, N. H. Mack, W. Gao, S. Ma, R. Zhong, J. Han, J. K. Baldwin, P. Zelenay, ACS Nano 2012, 6, 9764.
27. Y. Chen, J. Wang, H. Liu, M. N. Banis, R. Li, X. Sun, T.-K. Sham, S. Ye, S. Knights, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 3769.
28. Y. Chen, J. Wang, H. Liu, R. Li, X. Sun, S. Ye, S. Knights, Electrochem. Commun. 2009, 11, 2071.
29. D. C. Higgins, D. Meza, Z. W. Chen, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21982.
30. R. Imran Jafri, N. Rajalakshmi, S. Ramaprabhu, J. Mater. Chem. 2010, 20, 7114.
31. S. Sun, G. Zhang, Y. Zhong, H. Liu, R. Li, X. Zhou, X. Sun, Chem. Commun. 2009, 7048.
32. M. N. Banis, S. Sun, X. Meng, Y. Zhang, Z. Wang, R. Li, M. Cai, T.-K. Sham, X. Sun, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 15457.
33. D. Geng, Y. Hu, Y. Li, R. Li, X. Sun, Electrochem. Commun. 2012, 22, 65.
34. Y.-H. Li, T.-H. Hung, C.-W. Chen, Carbon 2009, 47, 850.
35. M. N. Groves, A. S. W. Chan, C. Malardier-Jugroot, M. Jugroot, Chem. Phys. Lett. 2009, 481, 214.
36. M. N. Groves, C. Malardier-Jugroot, M. Jugroot, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 10548.
37. T. Holme, Y. Zhou, R. Pasquarelli, R. O'Hayre, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 9461.
38. J. Liang, Y. Jiao, M. Jaroniec, S. Z. Qiao, Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1 1496.
39. Z. Yang, Z. Yao, G. F. Li, G. Y. Fang, H. G. Nie, Z. Liu, X. M. Zhou, X. Chen, S. M. Huang, ACS Nano 2012, 6, 205.
40. S. Yang, L. Zhi, K. Tang, X. Feng, J. Maier, K. Müllen, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3634.
41. R. Wang, D. C. Higgins, M. A. Hoque, D. Lee, F. Hassan, Z. Chen, Sci. Rep. 2013, 3.
42. B. P. Vinayan, R. Nagar, N. Rajalakshmi, S. Ramaprabhu, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 3519.
43. W. Li, X. Wang, Z. Chen, M. Waje, Y. Yan, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15353.
44. A. C. Ferrari, D. M. Basko, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 235.
45. S. M. Choi, M. H. Seo, H. J. Kim, W. B. Kim, Carbon 2011, 49, 904.
46. J.-D. Qiu, G.-C. Wang, R.-P. Liang, X.-H. Xia, H.-W. Yu, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 15639.
47. B. Seger, P. V. Kamat, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7990.
48. J. P. Paraknowitsch, A. Thomas, J. Schmidt, Chem. Commun. 2011, 47, 8283.
49. C. H. Choi, S. H. Park, S. I. Woo, Green Chem. 2011, 13, 406.
50. A. Barrie, I. W. Drummond, Q. C. Herd, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1974, 5, 217.
51. M. E. Labib, J. H. Thomas Iii, D. D. Embert, Carbon 1984, 22, 445.
52. Y. Chang, F. Hong, C. He, Q. Zhang, J. Liu, Adv. Mater. 2013, 25, 4794.
53. I. Herrmann, U. I. Kramm, J. Radnik, S. Fiechter, P. Bogdanoff, J. Electrochem. Soc. 2009, 156, B1283.
54. S. Sun, G. Zhang, N. Gauquelin, N. Chen, J. Zhou, S. Yang, W. Chen, X. Meng, D. Geng, M. N. Banis, R. Li, S. Ye, S. Knights, G. A. Botton, T.-K. Sham, X. Sun, Sci. Rep. 2013, 3, 1775.
55. G. Wu, Y.-S. Chen, B.-Q. Xu, Electrochem. Commun. 2005, 7, 1237.
56. R. Ahmadi, M. K. Amini, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 7275.
57. D. He, K. Cheng, H. Li, T. Peng, F. Xu, S. Mu, M. Pan, Langmuir 2012, 28, 3979.
58. R. Kou, Y. Shao, D. Wang, M. H. Engelhard, J. H. Kwak, J. Wang, V. V. Viswanathan, C. Wang, Y. Lin, Y. Wang, I. A. Aksay, J. Liu, Electrochem. Commun. 2009, 11, 954.
59. Y. Shao, S. Zhang, C. Wang, Z. Nie, J. Liu, Y. Wang, Y. Lin, J. Power Sources 2010, 195, 4600.
60. J. Fu, M. Hou, C. Du, Z. Shao, B. Yi, J. Power Sources 2009, 187, 32.
61. K. Hartl, M. Hanzlik, M. Arenz, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 234.
62. D. C. Higgins, S. Ye, S. Knights, Z. Chen, Electrochem. Solid-State Lett. 2012, 15, B83.
63. B. Han, V. Viswanathan, H. Pitsch, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 6174-6183.
64. Y. Okamoto, Appl. Surf. Sci. 2009, 256 335.
65. E. Cruz-Silva, D. A. Cullen, L. Gu, J. M. Romo-Herrera, E. Muñoz-Sandoval, F. Lõpez-Urías, B. G. Sumpter, V. Meunier, J.-C. Charlier, D. J. Smith, H. Terrones, M. Terrones, ACS Nano 2008, 2, 441.
66. E. Cruz-Silva, F. Lopez-Urias, E. Munoz-Sandoval, B. G. Sumpter, H. Terrones, J. C. Charlier, V. Meunier, M. Terrones, Nanoscale 2011, 3, 1008.
67. M. Endo, T. Hayashi, S.-H. Hong, T. Enoki, M. S. Dresselhaus, J. Appl. Phys. 2001, 90, 5670.
68. H. Kim, K. Lee, S. I. Woo, Y. Jung, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 17505.
69. K. R. Lee, K. U. Lee, J. W. Lee, B. T. Ahn, S. I. Woo, Electrochem. Commun. 2010, 12, 1052.
70. Z. W. Liu, F. Peng, H. J. Wang, H. Yu, W. X. Zheng, J. Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 123, 3315.
71. B. Shan, K. Cho, Chem. Phys. Let. 2010, 492, 131.
72. L. Zhang, Z. Xia, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 1 1170.
73. Y. Wang, Y. Shao, D. W. Matson, J. Li, Y. Lin, ACS Nano 2010, 4, 1790.
74. M. I. Katsnelson, Mater. Today 2007, 10, 20.
75. R. Lv, M. Terrones, Mater. Lett. 2012, 78, 209.
76. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov, Nature 2004, 438, 197.
77. S. M. Choi, M. H. Seo, H. J. Kim, W. B. Kim, Carbon 2011, 49, 904.
78. R. F. W. Bader, Atoms in Molecules: A Quantum Theory; Oxford University Press, USA 1994.
79. J. H. Kim, S. M. Choi, S. H. Nam, M. H. Seo, S. H. Choi, W. B. Kim, Appl. Catal. B: Environ. 2008, 82, 89.
80. S. Mukerjee, S. Srinivasan, M. P. Soriaga, J. Electrochem. Soc. 1995, 142, 1409.
81. M. H. Seo, S. M. Choi, J. K. Seo, S. H. Noh, W. B. Kim, B. Hana, Appl. Catal. B: Environ. 2013, 129, 163.
82. D. R. Lide, CRC handbook of chemistry and physics, 86th ed., CRC Press, Boca Raton, Florida, USA 2005.
83. S. H. Joo, S. J. Choi, I. Oh, J. Kwak, Z. Liu, O. Terasaki, R. Ryoo, Nature 2001, 412, 169.
84. M. H. Seo, S. M. Choi, H. J. Kim, W. B. Kim, Electrochem. Commun. 2011, 13 182.
85. U. B. Demirci, J. Power Sources 2007, 173, 11.
86. J. Greeley, M. Mavrikakis, Nat. Mater. 2004, 3, 810.
87. J. Greeley, I. E. L. Stephens, A. S. Bondarenko, T. P. Johansson, H. A. Hansen, T. F. Jaramillo, J. Rossmeisl, I. Chorkendorff, J. K. Nørskov, Nature Chem. 2009, 1, 552.
88. B. Hammer, J. K. Norskov, Nature 1995, 376, 238.
89. B. Hammer, J. K. Norskov, Surf. Sci. 1995, 343, 211.
90. M. Shao, K. Sasaki, N. S. Marinkovic, L. Zhang, R. R. Adzic, Electrochem. Commun. 2007, 9, 2848.
91. M. H. Shao, T. Huangv, P. Liu, J. Zhang, K. Sasaki, M. B. Vukmirovic, R. R. Adzic, Langmuir 2006, 22, 10409.
92. M. H. Shao, P. Liu, J. Zhang, R. R. Adzic, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6772.
93. Z. Chen, M. Waje, W. Li, Y. Yan, Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4060.
94. D. F. van der Vliet, C. Wang, D. Tripkovic, D. Strmcnik, X. F. Zhang, M. K. Debe, R. T. Atanasoski, N. M. Markovic, V. R. Stamenkovic, Nat. Mater. 2012, 11, 1051.
95. C. Wang, M. Chi, D. Liv, D. Strmcnik, D. van der Vliet, G. Wang, V. Komanicky, K.-C. Chang, A. P. Paulikas, D. Tripkovic, J. Pearson, K. L. More, N. M. Markovic, V. R. Stamenkovic, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14396.
96. H. Zhu, S. Zhang, S. Guo, D. Su, S. Sun, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7130.
97. B. C. Han, C. R. Miranda, G. Ceder, Phys. Rev. B 2008, 77, 75410.
98. S. H. Noh, M. H. Seo, J. K. Seo, P. Fischer, B. C. Han, Nanoscale 2013, 5, 8625.
99. P. Kratzer, B. Hammer, J. K. Nørskov, J. Chem. Phys. 1996, 105, 5595.
100. L. Li, S. G. Chen, Z. D. Wei, X. Q. Qi, M. R. Xia, Y. Q. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 16581.
101. J. K. Seo, A. Khetan, M. H. Seo, H. Kim, B. Han, J.Power Sources 2013, 238, 137.
102. W. H. Qi, M. P. Wang, J. Mater. Sci. Lett. 2002, 21, 1743.
103. L. Tang, B. Han, K. Persson, C. Friesen, T. He, K. Sieradzki, G. Ceder, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 596.
104. D. C. Marcano, D. V. Kosynkin, J. M. Berlin, A. Sinitskii, Z. Z. Sun, A. Slesarev, L. B. Alemany, W. Lu, J. M. Tour, ACS Nano 2010, 4, 4806.